信息量模型法地质灾害易发性分区应用
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摘要：文章以孕灾地质条件为基础选取评价指标，采用信息量模型法对全区地质灾害进行易发性评价。在易发性评价的基础上，采用历史月累计降雨量（大于5年）开展地质灾害危险性综合评价，分别评估人员和基础设施易损性，设定权重综合确定承载体易损性；将危险性和易损性评价结果叠加运算，利用ArcGIS软件的自然间断点分级方法，根据单元信息量累积频度分布曲线特征，将本区的地质灾害易发性划分为极高、高、中、低四个等级，形成风险评价与区划结果。为支撑国土空间规划、地质灾害防治规划及重大工程选址等相关工作提供科学依据。
关键词：GIS；信息量模型法；自然间断点分级法
地质灾害包括地裂缝、地面沉降、崩塌、滑坡、地震、火山、泥石流等，是指人为或者自然因素的作用下形成的对人类的生命和财产、环境造成损失和破坏的地质作用现象。我国是地质灾害严重的国家之一，每年的地质灾害都威胁着人民的生命和财产安全，也制约着国民经济的发展，基于GIS中信息量模型法和自然间断点分级法对地质灾害易发性和危险性分区进行评价和分析不仅符合黄土高原地区地质灾害点的实际情况，对模型参数也有很好的拟合。
1GIS的概念
GIS是一种新型的技术，它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。它可以按照空间位置或地理坐标对空间数据进行处理、研究空间的实体、对数据进行有效的管理。GIS是一门信息产业，广泛应用于各个行业。世界上GIS软件就有四百多种，它们风格不同，大小也不一样。在国外有ARCGIS、MGE、GENAMAP；国内有CITYSTAR、MAPGIS和Geostar等。
2GIS在国内外的应用现状
虽然有很多GIS软件，但是大体上分为在GIS的基础上，应用函数库二次开发出特有的地理信息系统软件；应用GIS系统来处理用户数据这两种情况。现今已经应用到设施管理、资源管理、城市和区域的规划、教育、石油和天然气自动制图等方面。目前GIS已经成功应用在政府管理、资源保护、环境保护、城市规划建设等很多领域。随着我国经济的发展，GIS在测绘、交通运输、军事等领域发挥着举足轻重的作用，GIS的应用主要包括综合分析评价与模拟预测；在地理空间数据管理中的应用；建立专题信息系统和区域信息系统；在地图制图中的应用等。
3GIS信息量模型法在地质灾害风险评价中的应用
3.1地质灾害易发性评价方法确定
地质灾害易发性定量评价方法较多，主要模型有信息量模型、专家系统模型、灰色系统模型、非线性模型及模式识别模型等。考虑到各模型的可行性、数据的易获取性，本次沁源县地质灾害易发性评价采用信息量模型法。信息量模型反映了一定地质环境下最易致灾因素及其细分区间的组合；具体是通过特定评价单元内某种因素作用下地质灾害发生频率与区域地质灾害发生频率相比较实现的。对应某种因素特定状态下的地质灾害信息量公式可表示为：式中：I——对应因素A、j状态（或区间）下地质灾Aj→B害B发生的信息量；N——对应因素A、j状态（或区间）下地质灾害分布的j单元数；N——调查区已知有地质灾害分布的单元总数；S——因素A、j状态（或区间）分布的单元数；S为调j查区单元总数。当I>0时，反映了对应因素A、j状态（或区间）下地Aj→B质灾害发生倾向的信息量较大，地质灾害发生的可能性较大，或者说利于地质灾害发生；当I<0时，表明因素Aj→BA、j状态（或区间）条件下，不利于地质灾害发生；当I=0时，表明因素A、j状态（或区间）不提供有关地质灾Aj→B害发生与否的任何信息，即因素A、j状态（或区间）可以剔除掉，排除其作为地质灾害预测因子。
3.2评价单元及评价指标选取
本次该县一般调查区采用10m×10m大小的栅格单元进行，经统计共划分为254.9万个评价单元。本次地质灾害易发性评价侧重的是崩塌、滑坡等地质灾害发育的数量多少及其活跃程度。评价指标体系主要为地质灾害形成条件，包括地质环境条件（地貌、坡度、坡高、工程地质岩组、河流、植被）和地质灾害诱发因素（人类工程活动）两大类。
3.3各单因素评价指标信息量的确定
本次信息量模型中求出每一因子图层中各类型地质灾害的分布密度。为统计地质灾害在每种因素的各个类别中的分布情况，需要利用空间分析功能来实现，在ArcGIS平台下计算各因子图层各类别的信息量值。利用空间分析模块中的区域统计功能，将地质灾害点文件导入各单因素栅格文件后，得到在相应区域内地质灾害点数目，用以上计算结果及已获调查数据，得到地质灾害信息量值，最终得到各评价指标的信息量表，见表1。
4信息量指标权重分配
根据各单因素信息量计算结果，将各种状态的信息量值按大小排序，较前的状态分别为：1）在距离道路30-60m区间内；2）坡高>30m；3）坡度>60°；4）距离居民地<10m区间内；5）距离河流在100-200m范围内；6）植被指数0-0.4（覆盖率低）；7）粘性土岩土体类型；8）梁峁状黄土丘陵类型；9）坡型>0.5（权重分配见表2）。上述单因素分布区间属本次一般调查区地质灾害易发的区域，这些因素对崩塌等地质灾害的形成发育起决定性的作用，是地质灾害形成的主要控制条件。
5应用自然间断点分级法评价易发分区
利用GIS栅格计算功能对各评价因子进行栅格叠加运算，得到各评价单元信息权值结果，数值越大反映各因素对地质灾害发生的贡献越大，发生地质灾害的可能性就越大。经过ArcGIS软件计算得到本次地质灾害易发性评价信息量值区间为[-0.5937，1.7608]，并根据信息量值结果，利用ArcGIS软件的自然间断点分级方法，根据单元信息量累积频度分布曲线特征和曲线明显分布的拐点，将本区的地质灾害易发性划分为极高、高、中、低四个等级。其中极高易发区信息量值区间为[1.7608，0.2154]，高易发区信息量值区间为[0.2154，0.0255]，中易发区信息量值区间为[0.0255，-0.2330]，低易发区信息量值区间为[-0.2330，-0.5937]。
5.1地质灾害危险性评价
本次一般调查区地质灾害危险性评价是在地质灾害易发性评价基础上，采用历史月累计降雨量（大于5年）进行评价。本次调查收集沁源县近40年（1980—2019年）历史逐月降雨量数据，按照克里金插值法生产降雨量等值线。同时考虑到地质灾害易发性和降雨影响的重要性不同，本次按照专家打分法确定了调查区地质灾害易发性和降雨影响指标的权重，分别给予权重值为0.8和0.2，利用GIS栅格计算功能对地质灾害易发性和降雨量两个评价因子进行归一化处理，之后栅格叠加运算，得到危险性归一化结果，数值越大反映地质灾害危险性越大。利用ArcGIS软件的自然间断点分级方法，根据单元信息量累积频度分布曲线特征，最终将危险性评价结果分为四级：极高危险性、高危险性、中危险性和低危险性。
5.2地质灾害易损性评价
易损性是指承灾体可能遭受地质灾害破坏的严重程度。易损性评价流程主要包括三部分：1）评价因子的确定；2）易损性评价权重的确定；3）在完成易损性评价因子量化的前提上，利用ArcGIS软件叠加各评价指标得出评价单元易损性最终值，再将值进行重分类即等级划分，完成沁源县地质灾害易损性划分。将承灾体易损性分为建筑物易损性、人员易损性、交通设施易损性三大类，分别评价各自易损性，而后将不同类型承灾体易损性按照一定的权重叠加，获得综合易损性评价图。本次评价因子的权重采用专家打分法，确定人员、建筑物、交通设施的权重值分别为0.6、0.3、0.1。将不同类型承灾体易损性进行叠加，获得综合易损性评价图，并采用自然断点法将易损性分为四级：极高易损性、高易损性、中易损性、低易损性。
5.3地质灾害风险评价
地质灾害风险是指在一定区域和时期内，各类承灾体因地质灾害而造成的损失的可能性。地质灾害风险评价即对发生地质灾害的可能性及预计造成的人身安全和财产损失财进行的定量化的分析与评价。本次一般调查区风险评价是以10×10m栅格单元为表达形式的区域地质灾害风险评价。考虑到承灾体本身对灾害的抵御能力和相同结构的承灾体在不同危险区的危险程度，充分结合地质灾害危险性评价及易损性评价模型，共同建立地质灾害定量风险评价体系，地质灾害的危险性和易损性评价结果叠加运算采用矩阵分析方法得到了研究区各评价单元的风险性值，为保证计算在同一尺度空间，地质灾害危险性和易损性评价指标均应当是归一化处理后的数值。风险性采用矩阵计算公式如下：R=H×V式中，R——地质灾害风险指数，H——区域地质灾害危险性值，V——区域地质灾害易损性值。根据上述得到的危险性评价和易损性评价结果得出区域地质灾害风险性值，根据自然断点法将风险性值分为四级，分别为极高风险、高风险、中风险、低风险。对风险性信息量图进行概化和部分手动调整后，将整个沁源县地质灾害风险性分为极高风险区、高风险区、中风险区和低风险区4个大区，并结合承灾体种类及其分布的区域，进一步分为9个亚区，其中极高风险区1个，高风险亚区2个，中风险亚区4个，低风险亚区2个。
5.4成果数据库建设
GIS软件在栅格矢量转换过程中，会产生许多假的面集和许多面积很小或不协调面集单元，再次通过GIS的消除、融合功能，消除不合理因素，最终得到评价单元面数据集，并建立空间数据库。
6结语
利用GIS强大的分析能力和空间信息管理能力，在地质灾害的研究中给予了强大的研究方法和解决方案，它不仅能够快速管理各种外动力因素，还能有效地应对影响地质灾害的各种内在因素。但信息量模型还有待进一步研究并在实践中完善，例如影响因素的确定、影响因子的确定、临界值的确定。其中，专家的实地调查和经验尤为重要，调查和经验是任何技术和模型所无法替代的，如何将专家意见和模型相结合有待继续研究。
参考文献：
[1]吴信才.MAPGIS地理信息系统[M].北京:电子工程出版社,2016.
[2]吴树仁,董诚,石菊松,等.地质灾害信息系统研究——以重庆市丰都县为例[J].第四纪研究,2015,23(6):683-692.
[3]张晓博,蔡恩琪,等.GIS技术在地质灾害预测中的应用[J].科技与企业,2013(16):234-235.
作者:何涛 单位:山西省地质勘查局二一二地质队